2018-05-21

宿主プランクトンと共生藻の相互関係

  海の水をすくってそこに浮かぶプランクトンのサンプルを太陽の光に向けてかざしてみると、きらきらと輝いて見えます。この輝きは、複雑な結晶構造の骨格を持つ海水面付近のプランクトンが、太陽光を屈折させたり反射させたりすることにより引き起こされるものです。

  これらの生物は、アカンタリアと呼ばれるプランクトンの1種で、世界中の海に非常に多く存在します。別名、放散虫とも呼ばれるこの単細胞生物は、海洋生態系内における炭素および他の栄養素をリサイクルする要となっている原生生物です。

  アカンタリアは研究が困難な生物でもあります。実験室で育てることは不可能であり、非常にデリケートな生き物なので、サンプリング中にも壊れてしまうことがよくあります。また、肉眼で観察するには小さ過ぎるので、岩礁サンゴなど他の海洋生物と比べ、研究者らからの関心も高くありません。しかしこの度、沖縄科学技術大学院大学(OIST)の海洋生態物理学ユニットの博士課程の学生であるマーガレット・ブリズビンさんは、この生物はより詳しく観察する価値がある、と考えました。

アカンタリアと共生藻は、肉眼では小さ過ぎて観察不可能だが、顕微鏡下では美しい形状や構造が観察できる。 上の2枚の写真で、蛍光赤色の部分は共生藻、 右上写真の蛍光緑色部分は宿主のリソソーム。

  アカンタリアのおそらく最も興味深い点は、アカンタリア内部に共生する光合成藻類との関係です。共生藻は有機炭素を提供することで、他の多くの生物が生存できない低栄養の環境中でもアカンタリアが生きていけるようにするのです。

  これら小さな宿主プランクトンと藻類の共生関係は、大気中から二酸化炭素を除去するのに大きな役割を果たしている可能性があります。共生藻は光合成の間、二酸化炭素を高率で固定化し、宿主プランクトンが死ぬと、宿主の重いストロンチウムの骨格により海底にまで運ばれ、それにより炭素は海水表面よりずっと深い場所に閉じこめられ、大気に届かないところで保持されるのです。「現在の大気中の炭素量が多い状態では、二酸化炭素を取り込んで光合成する生物を速やかに海底に沈めることは、ある意味ありがたいことなのです」と、ブリズビンさんはコメントします。

  しかしながら、共生によって藻類が宿主プランクトンから何かを得ているのか、得ているとしたらそれは何か、という点は明確ではありません。宿主プランクトンと共生藻の関係というのは、藻類がプランクトンに寄生するのとは逆のバージョンで、宿主プランクトンが藻類を奴隷のように利用している、と考える生物学者もいます。これに対しブリズビンさんは、この関係は、それほど単純ではないと考えています。

  「藻類がこの共生関係から何かを得ているのか、もしくは宿主プランクトンを棲み処として、後から宿主に食べられて消化されてしまうばかりなのか、という問いへの答えを見出したいのです」と、説明します。

  ブリズビンさんと同僚の研究員らは、一か月にわたる東シナ海での調査において、小さなプランクトンに満ちた海水のサンプルを採取しました。それからアカンタリアンを収集するため、プランクトンネットで海水を濾過し、その後、各宿主細胞を、ガラス製のマイクロピペットを使用して一つ一つシャーレに載せました。また、各採集地点における海水サンプルも保持することで、海水中に浮遊している藻と、宿主の中で生きている藻の比較も行いました。

プランクトンの入った三角フラスコを手に持つOISTの海洋生態物理学ユニット博士課程学生、マーガレット・ブリズビンさん

  次に研究者らは、プランクトンと共生藻の遺伝子解析を行いました。個別の宿主細胞からRNAを抽出し、各宿主の中に住む異なる藻の種類数を特定するため、OISTのDNAシーケンシング・セクションの協力を得て、遺伝子マーカーの配列を分析しました。その結果、各宿主の共生藻には多様な種類が含まれており、宿主は一生の間に、藻類を何度も収集することがわかりました。この発見は、Frontiers in Microbiology 誌に掲載されました。

宿主プランクトンであるアカンタリアの多様性を示すスケッチ。

提供: 
エルンスト・ヘッケル画 1862年)、タイトル:放散虫(Die Radiolarien)

  研究者はまた、宿主プランクトン内の藻の遺伝子配列は、宿主プランクトンを採集した海水サンプル内の藻の遺伝子配列とは著しく異なっていることを発見しました。これは、2つの個体群が、別のタイプの藻類を内包していたことを示すもので、宿主プランクトンが特定の藻類を選択摂取しているか、あるいは共生藻類が、長期間にわたり宿主プランクトン内で共生することを意味します。

  アカンタリアの消化器官を共焦点蛍光顕微鏡で観察したところ、宿主プランクトンが内包している藻類は、消化されていなかったことが明らかになりました。藻類が時を経ても宿主プランクトンによって保持されている、という考え方に合致する結果が得られたのです。

蛍光共焦点顕微鏡で観察された宿主プランクトンのアカンタリアンと赤色で示される共生藻

  藻類は宿主プランクトン内に長期間いることで、他の生物の餌食になることもなく、またウィルスによる感染からも保護されます。藻類が共生により、実際に利益を受けているのかどうかについては、さらなる研究が必要でしょう。しかしながら研究者らは、この関係は以前に考えられていたような一方的に搾取的なものではなく、少なくとも相互関係にある可能性がある、と結論付けています。

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